Теоретические и экспериментальные исследования флуктуаций физического времени

Статья в Elpub

Радиостроение. 2016; : 35-61

Теоретические и экспериментальные исследования флуктуаций физического времени

Аннотация

Предложена модель физического времени, основанная на предположении, что время представляет собой пуассоновский случайный процесс с интенсивностью, зависящей от происходящих в природе необратимых процессов. Для расчета интенсивности флуктуаций физического времени разработана математическая модель, позволяющая количественно определять величину интенсивности в зависимости от производства энтропии в необратимых процессах. Рассчитана интенсивность флуктуаций физического времени, определяемая производством энтропии необратимыми процессами на Солнце и процессом преобразования солнечного излучения в тепловое излучение Земли. На основе предложенной феноменологической модели рассчитаны вариации меры Кульбака флуктуаций напряжения на электролитических ячейках и показано хорошее количественное совпадение расчетных и экспериментальных зависимостей. DOI: 10.7463/rdopt.0116.0832516

Список литературы

1. Julsgaard B., Kozhekin A., Polzik E.S. Experimental long-lived entanglement of two macroscopic objects // Nature. 2001. Vol. 413. P. 400-403. DOI: 10.1038/35096524

2. Xu H., Strauch F.W., Dutta S.K., Johnson P.R., Ramos R.C., Berkley A.J., Paik H., Anderson J.R., Dragt A.J., Lobb C.J., Wellstood F.C. Spectroscopy of three-particle entanglement in a macroscopic superconducting circuit // Physical Review Letters. 2005. Vol. 94. No. 2. P. 027003 - Published 19 January 2005. DOI: 10.1103/PhysRevLett.94.027003

3. Dotta B.T., Mulligan B.P., Hunter M.D., Persinger M.A. Evidence of macroscopic quantum entanglement during double quantitative electroencephalographic measurements of friends and strangers // NeuroQuantology. 2009. Vol. 7. No. 4. P. 548-551. DOI: 10.14704/nq.2009.7.4.251

4. Benatti F., Floreanini R., Piani M. Environment induced entanglement in Markovian dissipative dynamics // Physical Review Letters. 2003. Vol. 91. P. 070402-4. DOI: 10.1103/PhysRevLett.91.070402

5. Dur W., Briegel H.-J. Stability of macroscopic entanglement under decoherense // Physical Review Letters. 2004. Vol. 92. P. 1804031-4. DOI: 10.1103/PhysRevLett.92.180403

6. Коротаев С.М., Морозов А.Н., Сердюк В.О., Сорокин М.О. Проявление макроскопической нелокальности в некоторых естественных диссипативных процессах // Известия Вузов, Физика. 2002. № 5. С. 3-14.

7. Korotaev S.M., Morozov A.N., Serdyuk V.O., Gorokhov J.V., Machinin V.A. Experimental study of macroscopic nonlocality of large-scale natural dissipative processes // NeuroQuantology. 2005. Vol. 3. No. 4. P. 275 - 294. DOI: 10.14704/nq.2005.3.4.79

8. Башаров А.М. Декогеренция и перепутывание при радиационном распаде двухатомной системы // ЖЭТФ. 2002. Т. 121. Вып. 6. С. 1249-1260.

9. Jakobczyk L. Entangling two qubits by dissipation // Journal of Physics A: Mathematical and General. 2002. Vol. 35. No. 30. P. 6383-6391. DOI:10.1088/0305-4470/35/30/313

10. Морозов А.Н., Турчанинов С.О. Макроскопические флуктуации коэффициента диффузии и низкочастотные шумы в электролитах // Биофизика. 1992. Т. 37, вып. 4. С. 567-568.

11. Коротаев С.М., Морозов А.Н., Сердюк В.О., Горохов Ю.В., Филиппов Б.П., Мачихин В.А. Экспериментальное исследование опережающих нелокальных корреляций процесса солнечной активности // Известия Вузов. Физика. 2007. № 4. С. 26-33.

12. Коротаев С.М., Буднев Н.М., Сердюк В.О., Горохов Ю.В., Киктенко Е.О., Панфилов А.И. Байкальский эксперимент по наблюдению опережающих нелокальных корреляций крупномасштабных процессов // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. Сер. Естественные науки. 2014. № 1. С. 35-53.

13. Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. М.: Мир, 2002. 462 с.

14. Морозов А.Н. Применение теории немарковских процессов при описании броуновского движения // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1996. Т. 109. Вып. 4. С. 1304-1315.

15. Morozov A.N., Skripkin A.V. Spherical particle Brownian motion in viscous medium as non-Markovian random process // Physics Letters A. 2011. Vol. 375. P.4113-4115. DOI:10.1016/j.physleta.2011.10.001

16. Морозов А.Н. Описание диффузии и броуновского движения как пуассоновских случайных процессов // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана, Сер. Естественные науки. 1999. № 2. С. 85-90.

17. Морозов А.Н., Назолин А.Л. Динамические системы с флуктуирующим временем. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. 200 с.

18. Морозов А.Н. Предварительные результаты измерений меры Кульбака флуктуаций напряжения на электролитической ячейке // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. Сер. Естественные науки. 2011. № 2. С. 16-24.

19. Морозов А.Н. Применение меры Кульбака для оценки долговременных изменений флуктуаций напряжения на электролитической ячейке // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. Сер. Естественные науки. 2013. № 3. С. 52-61.

20. Морозов А.Н. Зависимость меры Кульбака флуктуаций напряжения на электролитических ячейках от метеорологических факторов // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. Сер. Естественные науки. 2015. № 3. С. 47-57. DOI:10.18698/1812-3368-2015-3-47-57

21. Морозов А.Н. Воздействие метеорологических факторов на длиннопериодные вариации меры Кульбака флуктуаций напряжения на электролитических ячейках // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. Сер. Естественные науки. 2015. № 4. С. 57-66. DOI:10.18698/1812-3368-2015-4-57-66

22. Глаголев К.В., Морозов А.Н. Применение принципа Ле Шателье - Брауна для интерпретации результатов долговременных измерений флуктуаций напряжения в малых объемах электролита // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журнал. 2015. № 06. С. 1-9. DOI:10.7463/0615.0778630

23. Морозов А.Н. Результаты долговременных измерений флуктуации напряжения на электролитических ячейках // Радиооптика. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электронный журнал. 2015. № 06. С. 62-76. DOI: 10.7463/rdopt.0615.0822705

24. Гладышев В.О., Морозов А.Н. Описание распространения электромагнитного излучения в четырехмерном пространстве-времени с флуктуирующим метрическим тензором // Известия Вузов, Физика. 2002. № 2. С. 24-27.

25. Кураев А.А. Флуктуации времени и инверсия причинно-следственных связей // Доклады БГУИР. 2011. № 2. С. 115-116.

26. Пугачев В.С., Синицын И.Н. Стохастические дифференциальные системы. М.: Наука, 1990. 632 с.

27. Бункин Н.Ф., Морозов А.Н. Стохастические системы в физике и технике. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 366 с.

28. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 536 с.

29. Изаков М.Н. Самоорганизация и информация на планетах и в экосистемах // Успехи физических наук. 1997. Т. 167, № 10. С. 1087-1094.

30. Морозов А.Н. Необратимые процессы и броуновское движение: Физико-технические проблемы. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. 332 с.

31. Kullback S., Leibler R.A. On information and sufficiency // The Annals of Mathematical Statistics. 1951. Vol. 22. P. 79-86. DOI: 10.1214/aoms/1177729694

32. Кульбак С. Теория информации и статистика. М.: Наука, 1967. 408 с.

33. Зарипов Р.Г. Новые меры и методы в теории информации. Казань: Изд-во Казан. гос. тех. ун-та, 2005. 364 с.

34. Климонтович Ю.Л. Турбулентное движение и структура хаоса: Новый подход к статистической теории открытых систем. М.: Наука, 1990. 320 с.

35. Sonntag D. Advancements in the field of hygrometry // Meteorologische Zeitschrift. 1994. Vol. 3. No. 2. P. 51-66.

36. Murphy D.M., Koop T. Review of the vapor pressures of ice and supercooled water for atmospheric applications // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2005. Vol. 131. P. 1539-1565. DOI: 10.1256/qj.04.94

37. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. М.: Мир, 1983. Т. 1. 312 с.

38. Янке Е., Эмде Ф., Лёш Ф. Специальные функции. М.: Наука, 1977. 344 с.

39. Морозов А.Н. Стационарные распределения флуктуаций скорости броуновской частицы в среде с флуктуирующим коэффициентом вязкого трения // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана, Сер. Естественные науки. 2014. № 3. С. 26-38.

40. Морозов А.Н. Описание флуктуаций скорости броуновской частицы при воздействии пуассоновского случайного процесса // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана, Сер. Естественные науки. 2016. № 1. С. 27-35. DOI:10.18698/1812-3368-2016-1-27-35

Radio Engineering. 2016; : 35-61

Theoretical and Experimental Research of Physical Time Fluctuations

Morozov A. N.

Abstract

The article proposes a model of physical time based on the assumption that time is a Poisson random process with an intensity that depends on irreversible processes occurring in nature. At the same time, the intensity of fluctuations of physical time increases with the increase of entropy production in natural irreversible processes. In order to calculate the intensity of fluctuations of physical time, a mathematical model was developed allowing quantification of the intensity depending on the production of entropy in irreversible processes. The intensity of physical time fluctuations determined by the production of entropy by irreversible processes on the Sun and the conversion process of solar radiation into thermal radiation of the Earth was calculated. The article demonstrates the results of comparing records of Kullback's measures of voltage fluctuations in small volumes of electrolyte in two independent electrolytic cells and external natural irreversible processes. The experiments were carried out over four years from 2011 to 2015. The presence of a cross-correlation of Kullback's measures for two independent units has been determined. Based on the analysis of the results of the experiments, the effect of various external meteorological processes on the variations of Kullback's measure of voltage fluctuations in electrolytic cells was determined. The calculated coefficients of correlation of Kullback's measurements of voltage fluctuations with meteorological factors showed that the greatest impact was made by variations of temperature in the surface layer, the temperature of saturated vapour, the absolute humidity and the saturated vapour pressure. In accordance with the meteorological parameters, the surface density of entropy production in the conversion of solar radiation into thermal radiation of the Earth was calculated. Based on the proposed phenomenological model, variations of the Kullback's measure of voltage fluctuations in electrolytic cells were calculated, and good quantitative correlation of the calculated and experimental dependences was demonstrated. As the main hypothesis explaining the experimentally observed effects, a model of change in the intensity of fluctuations of physical time under the influence of entropy in irreversible natural processes occurring in the Earth's thermal radiation was proposed.

References

1. Julsgaard B., Kozhekin A., Polzik E.S. Experimental long-lived entanglement of two macroscopic objects // Nature. 2001. Vol. 413. P. 400-403. DOI: 10.1038/35096524

4. Benatti F., Floreanini R., Piani M. Environment induced entanglement in Markovian dissipative dynamics // Physical Review Letters. 2003. Vol. 91. P. 070402-4. DOI: 10.1103/PhysRevLett.91.070402

5. Dur W., Briegel H.-J. Stability of macroscopic entanglement under decoherense // Physical Review Letters. 2004. Vol. 92. P. 1804031-4. DOI: 10.1103/PhysRevLett.92.180403

6. Korotaev S.M., Morozov A.N., Serdyuk V.O., Sorokin M.O. Proyavlenie makroskopicheskoi nelokal'nosti v nekotorykh estestvennykh dissipativnykh protsessakh // Izvestiya Vuzov, Fizika. 2002. № 5. S. 3-14.

8. Basharov A.M. Dekogerentsiya i pereputyvanie pri radiatsionnom raspade dvukhatomnoi sistemy // ZhETF. 2002. T. 121. Vyp. 6. S. 1249-1260.

9. Jakobczyk L. Entangling two qubits by dissipation // Journal of Physics A: Mathematical and General. 2002. Vol. 35. No. 30. P. 6383-6391. DOI:10.1088/0305-4470/35/30/313

10. Morozov A.N., Turchaninov S.O. Makroskopicheskie fluktuatsii koeffitsienta diffuzii i nizkochastotnye shumy v elektrolitakh // Biofizika. 1992. T. 37, vyp. 4. S. 567-568.

11. Korotaev S.M., Morozov A.N., Serdyuk V.O., Gorokhov Yu.V., Filippov B.P., Machikhin V.A. Eksperimental'noe issledovanie operezhayushchikh nelokal'nykh korrelyatsii protsessa solnechnoi aktivnosti // Izvestiya Vuzov. Fizika. 2007. № 4. S. 26-33.

12. Korotaev S.M., Budnev N.M., Serdyuk V.O., Gorokhov Yu.V., Kiktenko E.O., Panfilov A.I. Baikal'skii eksperiment po nablyudeniyu operezhayushchikh nelokal'nykh korrelyatsii krupnomasshtabnykh protsessov // Vestnik MGTU im. N.E.Baumana. Ser. Estestvennye nauki. 2014. № 1. S. 35-53.

13. Prigozhin I., Kondepudi D. Sovremennaya termodinamika. M.: Mir, 2002. 462 s.

14. Morozov A.N. Primenenie teorii nemarkovskikh protsessov pri opisanii brounovskogo dvizheniya // Zhurnal eksperimental'noi i teoreticheskoi fiziki. 1996. T. 109. Vyp. 4. S. 1304-1315.

16. Morozov A.N. Opisanie diffuzii i brounovskogo dvizheniya kak puassonovskikh sluchainykh protsessov // Vestnik MGTU im. N.E.Baumana, Ser. Estestvennye nauki. 1999. № 2. S. 85-90.

17. Morozov A.N., Nazolin A.L. Dinamicheskie sistemy s fluktuiruyushchim vremenem. M.: Izd-vo MGTU im. N.E.Baumana, 2001. 200 s.

18. Morozov A.N. Predvaritel'nye rezul'taty izmerenii mery Kul'baka fluktuatsii napryazheniya na elektroliticheskoi yacheike // Vestnik MGTU im. N.E.Baumana. Ser. Estestvennye nauki. 2011. № 2. S. 16-24.

19. Morozov A.N. Primenenie mery Kul'baka dlya otsenki dolgovremennykh izmenenii fluktuatsii napryazheniya na elektroliticheskoi yacheike // Vestnik MGTU im. N.E.Baumana. Ser. Estestvennye nauki. 2013. № 3. S. 52-61.

20. Morozov A.N. Zavisimost' mery Kul'baka fluktuatsii napryazheniya na elektroliticheskikh yacheikakh ot meteorologicheskikh faktorov // Vestnik MGTU im. N.E.Baumana. Ser. Estestvennye nauki. 2015. № 3. S. 47-57. DOI:10.18698/1812-3368-2015-3-47-57

21. Morozov A.N. Vozdeistvie meteorologicheskikh faktorov na dlinnoperiodnye variatsii mery Kul'baka fluktuatsii napryazheniya na elektroliticheskikh yacheikakh // Vestnik MGTU im. N.E.Baumana. Ser. Estestvennye nauki. 2015. № 4. S. 57-66. DOI:10.18698/1812-3368-2015-4-57-66

22. Glagolev K.V., Morozov A.N. Primenenie printsipa Le Shatel'e - Brauna dlya interpretatsii rezul'tatov dolgovremennykh izmerenii fluktuatsii napryazheniya v malykh ob\"emakh elektrolita // Nauka i obrazovanie. MGTU im. N.E. Baumana. Elektron. zhurnal. 2015. № 06. S. 1-9. DOI:10.7463/0615.0778630

23. Morozov A.N. Rezul'taty dolgovremennykh izmerenii fluktuatsii napryazheniya na elektroliticheskikh yacheikakh // Radiooptika. MGTU im. N.E. Baumana. Elektronnyi zhurnal. 2015. № 06. S. 62-76. DOI: 10.7463/rdopt.0615.0822705

24. Gladyshev V.O., Morozov A.N. Opisanie rasprostraneniya elektromagnitnogo izlucheniya v chetyrekhmernom prostranstve-vremeni s fluktuiruyushchim metricheskim tenzorom // Izvestiya Vuzov, Fizika. 2002. № 2. S. 24-27.

25. Kuraev A.A. Fluktuatsii vremeni i inversiya prichinno-sledstvennykh svyazei // Doklady BGUIR. 2011. № 2. S. 115-116.

26. Pugachev V.S., Sinitsyn I.N. Stokhasticheskie differentsial'nye sistemy. M.: Nauka, 1990. 632 s.

27. Bunkin N.F., Morozov A.N. Stokhasticheskie sistemy v fizike i tekhnike. M.: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2011. 366 s.

28. Landau L.D., Lifshits E.M. Teoriya polya. M.: FIZMATLIT, 2003. 536 s.

29. Izakov M.N. Samoorganizatsiya i informatsiya na planetakh i v ekosistemakh // Uspekhi fizicheskikh nauk. 1997. T. 167, № 10. S. 1087-1094.

30. Morozov A.N. Neobratimye protsessy i brounovskoe dvizhenie: Fiziko-tekhnicheskie problemy. M.: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 1997. 332 s.

31. Kullback S., Leibler R.A. On information and sufficiency // The Annals of Mathematical Statistics. 1951. Vol. 22. P. 79-86. DOI: 10.1214/aoms/1177729694

32. Kul'bak S. Teoriya informatsii i statistika. M.: Nauka, 1967. 408 s.

33. Zaripov R.G. Novye mery i metody v teorii informatsii. Kazan': Izd-vo Kazan. gos. tekh. un-ta, 2005. 364 s.

34. Klimontovich Yu.L. Turbulentnoe dvizhenie i struktura khaosa: Novyi podkhod k statisticheskoi teorii otkrytykh sistem. M.: Nauka, 1990. 320 s.

35. Sonntag D. Advancements in the field of hygrometry // Meteorologische Zeitschrift. 1994. Vol. 3. No. 2. P. 51-66.

37. Maks Zh. Metody i tekhnika obrabotki signalov pri fizicheskikh izmereniyakh. M.: Mir, 1983. T. 1. 312 s.

38. Yanke E., Emde F., Lesh F. Spetsial'nye funktsii. M.: Nauka, 1977. 344 s.

39. Morozov A.N. Statsionarnye raspredeleniya fluktuatsii skorosti brounovskoi chastitsy v srede s fluktuiruyushchim koeffitsientom vyazkogo treniya // Vestnik MGTU im. N.E.Baumana, Ser. Estestvennye nauki. 2014. № 3. S. 26-38.

40. Morozov A.N. Opisanie fluktuatsii skorosti brounovskoi chastitsy pri vozdeistvii puassonovskogo sluchainogo protsessa // Vestnik MGTU im. N.E.Baumana, Ser. Estestvennye nauki. 2016. № 1. S. 27-35. DOI:10.18698/1812-3368-2016-1-27-35